Tugas Rumah

CLAMPER, CLIPPER DAN MULTIPLE VOLTAGE

Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Elektronika

Yang Dibimbing Oleh Bapak I Made Wirawan, S.T

Oleh:

Nani Masrifah (110533406988)

OFFERING A

The Learning University

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK INFORMATIKA

Maret 2012

CLAMPER, CLIPPER DAN MULTIPLE VOLTAGE

A. Rangkaian Clipper (pemotong)

Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan

sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh

sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian

ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di

bawah level nol.

Kategori Rangkaian Clipper

Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: seri

dan paralel. Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan

beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban.

Sedangkan untuk masing-masing jenis tersebut dibagi menjadi clipper negatip (pemotong

bagian negatip) dan clipper positip (pemotong bagian positip). Dalam analisa

ini diodanya dianggap ideal.

Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper seri adalah sebagai berikut:

1. Perhatikan arah diode

bila arah dioda ke kanan, maka bagian positip dari sinyal input akan

dilewatkan, dan bagian negatip akan dipotong (berarti clipper negatip)

bila arah dioda ke kiri, maka bagian negatip dari sinyal input akan dilewatkan,

dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper positip)

2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada)

3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol pada level baterai (yang sudah ditentukan

pada langkah 2 di atas)

4. Batas pemotongan sinyal adalah pada sumbu nol semula (sesuai dengan sinyal input)

Rangkaian clipper seri positip adalah seperti gambar 2.5. dan rangkaian clipper seri negatip adalah gambar 2.6.

Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper paralel adalah sebagai berikut:

1. Perhatikan arah dioda. bila arah dioda ke bawah, maka bagian positip dari sinyal input akan dipotong

(berarti clipper positip) bila arah dioda ke atas, maka bagian negatip dari sinyal input akan dipotong

(berarti clipper negatip)2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada).3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol sesuai dengan input.4. Batas pemotongan sinyal adalah pada level baterai.

Rangkaian clipper paralel positip adalah seperti gambar 2.7 dan rangkaian clipperparalel negatip adalah gambar 2.8.

Sketsa tegangan output untuk rangkaian positif adalah sebagai berikut :

Dioda yang digunakan untuk clipper adalah diode small-signal yang menggunakan hambatan bulk lebih besar dibandingkan dengan diode penyearah, Misalnya untuk diode 1N914 arus forwardnya 10mA pada tegangan 1V sehingga hambatan bulknya adalah :

Rangkaian clipper akan berfungsi normal jika hambatan seri jauh lebih kecil dari

hambatan beban dan jauh lebih besar dari hambatan bulk, biasanya diambil pendekatan :

Tegangan output dari rangkaian clipper positif untuk berbagai hambatan R

ditunjukkan pada gambar :

Contoh :

Gambar 4. Contoh rangkaian clipper

Dioda D1 mendapat bias maju jika VM > VA sehingga Vout = VA

Dioda D2 mendapat bias maju jika VM < -VB sehingga Vout = -VB

Dioda D1 dan D 2 mendapat bias mundur jika -VB < VM < VA sehingga Vout = VM.

Clipper di-Bias

Dalam beberapa aplikasi anda mungkin level pemotongan tidak 0 V, maka dengan bantuan clipper di bias anda dapat menggeser level pemotongan positip atau level negatip yang diinginkan. Pada gambar 1.18 menunjukkan clipper dias, agar dioda dapat konduksi tegangan input harus lebih besar dari pada +V. Ketika Vin lebih besar daripada +V dioda berlaku seperti saklar tertutup dan tegangan output sama dengan +V dan tegangan output tetap pada +V selama tegangan input melebihi +V. Ketika tegangan input kurang dari +V dioda terbuka dan rangkaian kembali pada pembagi tegangan. Clipper dibias berarti membuang semua sinyal diatas mevel +V.

Clipper Kombinasi

Dengan menggabungkan clliper dibias positif dan negatif, seperti ditunjukkan pada gambar 2. Dioda D1 konduksi ketika tegangan input lebih besat dari +V1. Oleh sebab itu, tegangan output sama dengan +V1 ketika Vin lebih negatif daripada – V2 , dioda D2 konduksi.

Dengan D2 hubung singkat, tegangan output sama dengan –V2 selama tegangan input lebih negatif dari – V2.

Ketika vin terletak antara –V2 dan V1, tidak ada diode yang konduksi. Dengan RL jauh lebih besar dari R, hampir seluruh tegangan input muncul pada output.

Jika sinyal input besar yaitu jika VP jauh lebih besar daripada level pemotongan, sinyal output membentuk gelombang segi-empat seperti pada gambar 1.

Penerapan Clipper

Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol. Rangkaian dasar dari sebuah clipper atau pemotong sinyal dapat menggunakan sebuah dioda.

Penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti diilustrasikan pada gambar berikut ini.

Prinsip kerja dari rangkaian penyearah setengah gelombang ini adalah pada saat setengah gelombang pertama (puncak) melewati dioda yang bernilai positif menyebabkan dioda dalam keadaan ‘forward bias’ sehingga arus dari setengah gelombang pertama ini bisa melewati dioda.

Pada setengah gelombang kedua (lembah) yang bernilai negatif menyebabkan dioda dalam keadaan ‘reverse bias’ sehingga arus dan setengah gelombang kedua yang bernilai

negatif ini tidak bisa melewati dioda. Keadaan ini terus berlanjut dan berulang sehingga menghasilkan bentuk keluaran gelombang seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Dari gambar di atas, gambar kurva ‘D1-anoda’ (biru) merupakan bentuk arus AC sebelum melewati dioda dan kurva ‘D1-katoda’ (merah) merupakan bentuk arus AC yang telah dirubah menjadi arus searah ketika melewati sebuah dioda.

Pada gambar tersebut terlihat bahwa ketika gelombang masukan bernilai positif, arus dapat melewati dioda tetapi ketika gelombang masukan bernilai negatif, arus tidak dapat melewati dioda. Karena hanya setengah gelombang saja yang bisa di searah-kan, itu sebabnya mengapa disebut sebagai Penyearah Setengah Gelombang.

Rangkaian penyearah setengah gelombang ini memiliki kelemahan pada kualitas arus DC yang dihasilkan. Arus DC rata-rata yang dihasilkan dari rangkaian ini hanya 0,318 dari arus maksimum-nya, jika dituliskan dalam persamaan matematika adalah sebagai berikut;

IAV = 0,318 · IMAX

Oleh sebab itu rangkaian penyearah setengah gelombang lebih sering digunakan sebagai rangkaian yang berfungsi untuk menurunkan daya pada suatu rangkaian elektronika sederhana dan digunakan juga sebagai demodulator pada radio penerima AM.

B. Rangkaian Clamper

Semua clamper melakukan penambahan komponen dc pada sinyal. Pada gambar 5-29

sinyal input adalah gelombang sinus dengan harga puncak ke puncak 20 V. Clamper

mendorong sinyal ke atas, sehingga puncak negatif jatuh pada level 0 V. Bentuk sinyal asli

tetap dipertahankan; apa yang telah terjadi adalah pergeseran sinyal secara vertikal. Kita

sebut sinyal output seperti pada gambar 88 sebagai do-clamp positif (positively clamped).

Tipe Clamper

Sirkuit Clamp dikategorikan oleh operasi mereka; negatif atau positif dan bias dan

tidak bias. Sebuah rangkaian penjepit positif output bentuk gelombang murni positif dari

sinyal input, tetapi offset sinyal input sehingga semua gelombang lebih besar dari 0 V.

penjepit negatif adalah kebalikan dari ini - penjepit ini output bentuk gelombang murni

negatif dari input sinyal.

Sebuah tegangan bias antara dioda dan offset tanah tegangan output dengan jumlah

tersebut. Sebagai contoh, sinyal input dari nilai puncak 5 V (Vin = 5 V) diterapkan pada klem

positif dengan bias dari 3 V (Vbias = 3 V), tegangan output puncak menjadi :

Vout = 2Vin + Vbias

Vout = 2 * 5 V + 3 VVout = 13 V

Tipe-tipe clamper adalah sebagai berikut:

1. Positive unbiased

Dalam siklus negatif dari AC input sinyal, dioda bias maju dan melakukan, pengisian

kapasitor untuk nilai positif puncak Vin. Selama siklus positif, dioda bias terbalik dan

dengan demikian tidak melakukan. Tegangan keluaran karena itu sama dengan

tegangan disimpan dalam kapasitor ditambah penambah tegangan input, sehingga Vout

= 2Vin

2. Negative unbiased

Sebuah penjepit berisi negatif adalah kebalikan dari penjepit positif setara. Dalam

siklus positif dari sinyal masukan AC, dioda bias maju dan melakukan, pengisian

kapasitor untuk nilai puncak Vin. Selama siklus negatif, dioda bias terbalik dan dengan

demikian tidak melakukan. Tegangan keluaran karena itu sama dengan tegangan

disimpan dalam kapasitor tegangan input ditambah lagi, sehingga Vout = -2Vin

3. Positive biased

Sebuah penjepit tegangan bias positif identik dengan sebuah penjepit berisi setara

tetapi dengan tegangan output diimbangi dengan jumlah dari bias, Vbias. Dengan

demikian, Vout = 2VIn + Vbias

4. Negative biased

Sebuah penjepit bias negatif tegangan juga identik dengan sebuah penjepit berisi

setara tetapi dengan tegangan output offset dalam arah negatif dengan jumlah bias

VBias. Dengan demikian, VOut = - 2VIn – VBias

Contoh Penerapan Clamper

Satu rangkaian clamper yang umum adalah pemulih rangkaian DC di penerima

televisi analog, yang mengembalikan tegangan dari sinyal selama teras belakang periode

garis blanking ke 0 V. Karena teras belakang dituntut untuk pada 0 V pada transmisi, setiap

DC atau dengungan frekuensi rendah yang telah diinduksi ke sinyal dapat secara efektif

dihapus melalui metode ini.

Selain itu ,sebuah aplikasi dari sirkuit clamper adalah sebagai "pemulih DC" di sirkuit

"komposit video" di kedua pemancar televisi dan penerima. Sebuah NTSC (US video

standar) sinyal video "tingkat putih" sesuai dengan minimum (12,5%) daya yang

ditransmisikan. Video "tingkat hitam" sesuai dengan tingkat tinggi (75% dari daya pemancar

Ada "lebih hitam dari tingkat hitam" sesuai dengan daya yang ditransmisikan 100%

ditugaskan untuk sinyal sinkronisasi.. Sinyal NTSC berisi video dan pulsa sinkronisasi.

Masalahnya dengan video komposit adalah bahwa tingkat rata-rata DC bervariasi dengan

cahaya, adegan vs gelap Video itu sendiri seharusnya bervariasi.. Namun, sync selalu harus

memuncak pada 100% Untuk mencegah sinyal sinkronisasi dari hanyut dengan adegan

berubah,. sebuah "DC pemulih" klem bagian atas pulsa sinkronisasi menjadi tegangan sesuai

dengan modulasi pemancar 100%. [ATCO]

C. Pengganda Tegangan (Voltage Multiplier)

Dengan menggunakan rangkaian pelipat tegangan (voltage multiplier) pada skunder trafo yang relatif kecil dapat diperoleh tegangan searah keluaran sebesar dua, tiga, empat atau lebih kali lipat tegangan input. Rangkaian ini banyak digunakan pada pembangkit tegangan tinggi namun dengan arus yang kecil seperti pada catu daya tabung gambar.

Gambar diatas merupakan rangkaian pelipat tegangan dua kali setengah gelombang. Pada saat tegangan skunder trafo berpolaritas positip (setengah siklus positip), maka dioda D1 menghantar dan dioda D2 tidak menghantar. Secara ideal dioda yang sedang menghantar di-anggap hubung singkat. Oleh karena itu C1 diisi tegangan melalui D1 hingga mencapai Vm dengan polaritas.

Pada saat setengah siklus berikutnya yaitu siklus negatip, maka dioda D1 tidak meng-hantar dan dioda D2 menghantar. Oleh karena itu kapasitor C2 diisi tegangan dari skunder trafo sebesar Vm dan dari C1 sebesar Vm, sehingga total sebesar 2 Vm.

Apabila pada output diberi resistor beban (RL), maka tegangan pada ujung C2 turun selama siklus positip dan diisi kembali hingga 2 Vm selama siklus negatip. Bentuk gelom-bang output pada ujung C2 adalah seperti bentuk output penyearah setengah gelombang den-gan filter C. Tegangan puncak inverse (PIV) untuk setiap dioda adalah 2 Vm.

Rangkaian yang ditunjukkan pada gambar 2.14 adalah pelipat tegangan dua kali ge-lombang penuh. Selama siklus positip dari skunder trafo dioda D1 menghantar dan C1 men-gisi tegangan hingga Vm, sedangkan dioda D2 tidak menghantar (gambar 2.14 b). Selama siklus negatip dioda D2 menghantar dan C2 mengisi tegangan hingga Vm, sedangkan dioda D1 tidak menghantar (gambar 2.14 c). Tegangan puncak inverse (PIV) untuk setiap dioda adalah 2 Vm.

Jika tidak ada beban, maka tegangan pada ujung C1 dan C2 adalah 2 Vm. Jika beban dipasang pada output, maka bentuk gelombang pada ujung C1 dan C2 adalah seperti halnya pada kapasitor yang diumpankan dari penyearah gelombang penuh. Perbedaannya adalah bahwa pada rangkaian pelipat tegangan ini C1 dan C2 berhubungan secara seri, sehingga ni-lainya lebih kecil dari masing-masing C.

Dari rangkaian pelipat tegangan dua kali seperti yang sudah dijelaskan di depan ke-mudian dapat dikembangkan rangkaian pelipat tiga, empat kali tegangan input. Gambar 2.15 merupakan rangkaian pelita tegangan tersebut. Dari penjelasan di depan kiranya sudah cukup jelas bagaimana prinsip kerja rangkaian ini.

Cara Kerja Multiple Voltage

Dengan mengasumsikan bahwa tegangan puncak dari sumber AC adalah +Us

kita dapat menjelaskan cara kerja dari pengganda yaitu :

1. Puncak negatif (−Us):Kondensator C1 diisi muatan melalui diode D1 ke 0 V (beda

potensial di antara pelat-pelat kondensator adalah Us).

2. Puncak positif (+Us):potensial pada kondensator C1 bertambah melalui sumber

tegangan, dengan demikian mengisi kondensator C2 ke 2Us melalui diode D2.

3. Puncak negatif:Potensial pada kondensator C1 jatuh ke 0V, dengan demikian

memungkinkan kondensator C3 untuk mengisi melalui diode D3 ke 2Us.

4. Puncak positif:Potensial pada kondensator C1 mencapai 2Us (sama seperti langkah

2), juga mengisi kondensator C4 ke 2Us. Tegangan keluaran (jumlah dari tegangan

pada kondensator C2 dan C4) mencapai 4Us.

Pada kenyataannya, diperlukan lebih banyak langkah untuk kondensator C4

untuk mencapai tegangan penuh. Menambah lebih banyak bagian yang sama dengan

C1-D1-D2-C2, tegangan keluaran dapat ditambah menjadi 6Us, begitu juga seterusnya.

Topologi sirkuit

1. Sirkuit Villard

Sirkuit Villard terdiri dari sebuah kondensator dan diode. Walaupun sirkuit ini

sangat sederhana, kerut keluarannya sangat buruk. Pada dasarnya, sirkuit ini

adalah sirkuit penggenggam diode. Kondensator diisi hingga tegangan puncak AC

(Vpk) pada siklus paruh negatif. Setelah beberapa siklus, semua gelombang AC

tersuperimposekan pada keluaran tegangan DC di kondensator. Lembah negatif

AC digenggam pada 0V (sebenarnya −VF, yaitu tegangan panjar maju diode),

sehingga puncak positif keluaran adalah 2Vpk. Kerut puncak-ke-puncak adalah

bentuk gelombang AC 2Vpk dan tidak dapat diperhalus tanpa mengubahnya

menjadi bentuk lain.

2. Sirkuit Greinacher

Pengganda tegangan Greinacher memberikan banyak perbaikan dari sirkuit

Villard hanya dengan menambahkan sedikit komponen. Kerut keluaran sangat

dikurangi, bahkan nol pada rangkaian tanpa beban, tetapi saat dibebani, kerut

bergantung pada resistansi beban dan kapasitansi kondensator yang digunakan.

Sirkuit ini bekerja dengan menambahkan detektor puncak di belakang sirkuit

Villard. Detektor puncak mengurangi kerut selain menjaga tegangan puncak pada

keluaran. Sirkuit ini ditemukan oleh Heinrich Greinacher pada tahun 1913

(diumumkan tahun 1914) dalam rangka memberikan tegangan 200–300 V yang

dibutuhkannya untuk ionometer yang baru ditemukannya, tegangan AC 110V

yang dicatu stasiun daya Zurich pada saat itu tidak mencukupi. Pada tahun 1920

menyempurnakan idenya ini dengan menyambung banyak pengganda. Aliran sel

Greinacher sering disalahartikan sebagai aliran Villard cascade. Ini juga sering

disebut sebagai generator Cockcroft-Walton yaitu peranti yang digunakan pada

pemercepat partikel yang dibangun oleh John Cockcroft dan Ernest Walton, yang

secara terpisah menemukan kembali sirkuit ini pada tahun 1932.

3. Sirkuit jembatan

Pengganda tegangan topologi jembatan sering ditemukan pada tabung sinar

katode untuk memberikan catu tegangan. Membangkitkan tegangan lebih dari

5kV dengan transformator pada peralatan rumah menimbulkan kerawanan.

Padahal tabung hitam-putih membutuhkan tegangan 10kV dan tabung warna

membutuhkan lebih banyak lagi. Sirkuit ini terdiri dari dua detektor puncak paruh

gelombang yang identik. Setiap detektor puncak bekerja berlawanan untuk setiap

gelombang masukan. Karena keluaran disambungkan berderet, tegangan keluaran

adalah dua kali lipat tegangan masukan.

Versi sirkuit gelombang penuh memberikan keuntungan antara lain kerut yang

lebih rendah, tegangan puncak pada diode yang lebih rendah dan regulasi beban

yang lebih baik, tetapi membutuhkan transformator dengan sadapan tengah dan

lebih banyak komponen.

Konsep dasar topologi ini dapat dikembangkan menjadi pencatur-tegangan.

Contoh Penerapan Multiple Voltage

Catu tegangan tinggi untuk tabung sinar katode sering menggunakan pengganda

tegangan dengan kondensator penghalus yang terbuat dari lapisan aquadag interior dan

eksterior tabung itu sendiri. Jenis pengganda tegangan yang sering digunakan pada tegangan

tinggi adalah generator Cockcroft-Walton (didesain oleh John Douglas Cockcroft dan Ernest

Thomas Sinton Walton untuk digunakan pada pemercepat partikel).

DAFTAR RUJUKAN

Foxit.2010. Analog 1.(online).

(http://www.toko-elektronika.com/tutorial/analog1.htm). Diakses pada 22 Maret

2012

Nurhalimah, Susan. 2010. Rangkaian Pemotong.(online).(http://rangkaianpemotong.

blogspot.com/2010/03/rangkaian-pemotong.html), diakses pada 22 Maret 2012

Surjono.Herman Dwi.2011. Arus Bolak-Balik AC.(online).

(http://ilmu-elektronika.co.cc/artikel/arus-bolak-balik-ac/30-rangkaian-

penyearah-gelombang-rectifier-circuit)’ diakses pada 22 Maret 2012

Rangkaian Dioda.(online).(http://www.google.co.id/url?sa=t&rct=j&q=clamper% 20pada %20dioda&source=web&cd=3&ved=0CDMQFjAC&url=http%3A%2F%2Fstaff.ui.ac.id%2Finternal%2F131645339%2Fmaterial%2F06_RangkaianDioda.pdf&ei=enRqT4eMOcvKrAf88-i_Ag&usg=AFQjCNHmhDc5dXXTqBFcpsKCZT8Kh5F0iQ&cad=rja).diakses pada 22 Maret 2012